一种耐候钢焊缝合金及耐候钢的saw焊接方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于焊接技术领域，涉及一种耐候钢焊缝合金及耐候钢的SAW焊接方法， 本发明所述耐候钢指ASTMA871GR65型耐候钢，所用焊丝型号TH550-NQ-III为国产市售型 号，微量合金元素包括 〇. 35%Cu、0. 39%Ni、0. 40%Cr、0. 38%Si以及 0. 007%P，焊剂为SJ101，所 述焊缝合金的冲击试验均考察焊缝合金在-40°C条件下的冲击功。
[0002]
【背景技术】
[0003] 随着我国特高压输电工程的快速发展，为建设经济节约型、环境友好型的一体化 输电线路，新型铁塔用材料及其制造技术的研发与应用日益迫切。耐候钢具有优良的耐候 性能和较大的承载能力，相对传统钢材，耐候钢可降低塔重7%~9%，节省整体造价3%~7%，由 于不用镀锌，还可节约15°Ρ18%的镀锌费用，有效降低生产成本。
[0004] 在国外，耐候钢已经被广泛应用于塔架结构。据不完全统计，输电杆塔建设中耐候 钢用比例美国为30%~40%，英国为20%~30%，但在国内输电杆塔结构中，耐候钢的使用量几 乎为零，相关的加工制造技术犹待完善。耐候钢的焊接难点在于满足强度的同时，还须使焊 缝金属的耐腐蚀性能与母材相匹配。在实际的生产中，焊缝金属的耐腐蚀性及力学强度两 方面的性能往往并不匹配，从而给耐候钢在国内铁塔行业中的应用推广带来极大的障碍。
[0005]
【发明内容】
[0006] 虽然耐候钢的种类繁多，但本发明仅针对ASTMA871GR65型耐候钢（以下简称耐 候钢)，本发明希望焊接后的耐候钢，其整体所表现的耐腐蚀性及力学性能能够满足使用环 境的基本要求，在一些比较恶劣的环境下，例如长久的暴露在户外或/和高温潮湿的空气 中，对耐候钢焊接处的耐腐蚀性及力学性能同时有更高的要求，因此，本发明更加希望能够 得到满足恶劣条件下使用要求的耐候钢焊接产品。
[0007] 作为解决本发明技术问题的一个方面，本发明提供了一种耐候钢焊缝合金。在本 发明之前，获得较高耐腐蚀性能的焊缝合金可以通过调整焊缝合金的元素含量得以实现， 例如Legauh-Leckie耐腐蚀公式已经罗列了各种元素对钢材耐腐蚀性能的综合影响，通常 较高含量的合金元素(例如Cu、P等）是优选的，使用经过含量优选调整的焊缝合金配方可 以获得较高的耐腐蚀性能，这在一定程度上延长了耐候钢制成品（例如铁塔）的使用寿命， 而在焊缝合金的力学性能表现上，一般倾向于较低含量的合金元素(例如Cu、P等)，从而同 时获得良好耐腐蚀性及力学性能的焊缝合金具有相当的技术难度。
[0008] 本发明完全不拘泥于耐腐蚀公式所反映的趋势，事实上，在至少部分较低的耐腐 蚀指数区间(例如6. 1-6. 9)，同样可以给焊缝合金带来较高的抗腐蚀性，相比于较高耐腐蚀 性指数区间内的焊缝合金，具体的说，所述至少部分较低的耐腐蚀指数区间内的焊缝合金 中的合金元素含量会有所下降，但却可以使焊缝合金的耐腐蚀性及力学性能均表现优异。
[0009] 在焊缝合金的耐腐蚀评价方面，本发明采用耐候钢周期浸润腐蚀试验进行实际测 量，以下为试验条件：
本发明选用试验时间48h时，腐蚀速率的值进行对比。
[0010] 在焊缝合金的力学性能评价方面，本发明采用拉伸试验进行实际测量，试验条件 为试验室温25°C;冲击功测试温度为_40°C。
[0011] 本发明发现，拥有较好的耐腐蚀性能及力学性能的焊缝合金在本发明中得到了 充分的表现，本发明所述耐候钢焊缝合金包括Fe及微量元素，按照质量百分比计算，所述 微量元素包括Cu0· 35%-0· 45%、Ni0· 35%-0· 50%、Cr0· 35%-0· 50%、Si0· 25%-0· 35%、P 0. 005%-0. 007% ;虽然本发明所述焊缝合金的耐腐蚀指数位于6. 4-6. 7之间，但耐腐蚀速率 达到1. 23-1. 45,屈服强度为460-510Mpa，抗拉强度为550-600Mpa，冲击功为50-70J。
[0012] 拥有较好的耐腐蚀性能及力学性能的焊缝合金在本发明的部分实施例中得到了 较优的表现，所述部分实施例中的耐候钢焊缝合金包括Fe及微量元素，按照质量百分比计 算，所述微量元素包括Cu0· 35%-0· 4%、Ni0· 35%-0· 4%、Cr0· 35%-0· 45%、Si0· 3%-0· 35%、 P0.006%-0, 007% ； 拥有较好的耐腐蚀性能及力学性能的焊缝合金至少在本发明的部分实施例中得到了 更优的表现，所述部分实施例中的耐候钢焊缝合金包括Fe及微量元素，按照质量百分比计 算，所述微量元素包括Cu0· 38%-0· 40%、Ni0· 38%-0· 4%、Cr0· 35%-0· 4%、Si0· 3%-0· 32%、 P0·006%-0· 007%。
[0013] 本发明所述焊缝合金的制备原材料为母材(ASTMA871GR65型耐候钢）并选择 TH550-NQ-III焊丝作为焊接用焊丝，使焊缝合金在抗拉强度及冲击韧性等力学性能方面表 现均衡。在焊缝合金的具体形态上，单层单道结构的焊缝合金容易表现出力学性能上的劣 势；而在单层单道结构焊缝合金的形成过程中母材及焊丝中的合金元素也倾向于遭到大比 例的损失，这样的损失往往是不可控制的，从而极大的增加了焊缝合金偏离所希望的合金 元素配比的几率。而将焊缝合金设定为多道多层的结构形式后，不但能够改善焊缝合金的 力学性能而且还可以减少或者控制焊缝合金在形成过程中母材及焊丝合金元素的损失。本 发明所述焊缝合金就为多层多道结构，包括固定焊层以及选择焊层，其中选择焊层根据耐 候钢母材厚度的不同，可选择性的增加或缩减，所述固定焊层包括封底焊层及盖面焊层，所 述选择焊层包括打底焊层及填充焊层，所述打底焊层、填充焊层、盖面焊层和封底焊层分别 由打底焊层焊道、填充焊层焊道、盖面焊层焊道及封底焊层焊道组成。
[0014] 在本发明的一些实施例中，本发明发现在其他条件完全相同的情况下，改变焊道 的余高，将会带来不同的焊缝合金合金元素配比。本发明所述余高、焊道最大半径及焊道厚 度，如不经过特别说明，均按照以下标准确定： 如图1，对于一个截面近似扇形状的焊道，包括一个相对弯曲的弧面顶部（即AB所构成 的弧形部分)以及相对不弯曲的支撑底部（即ABC所构成的近似三角形部分)，最大半径指支 撑底部最低端与弧面顶部的最远距离(从图1看，也即BC或AC)，焊道厚度指支撑底部的厚 度，余高指弧面顶部的厚度(也即焊道最大半径与焊道厚度的差值)。
[0015] 本领域技术人员至少可以通过改变先焊焊道的预期余高数值调节母材及焊丝在 焊缝合金形成过程中合金元素的烧损程度，相对于其他烧损调节方式，改变先焊焊道的预 期余高数值相对比较容易，本领域技术人员通过焊接电流、电压和焊接速度的配合可以做 到精准把控，鉴于盖面焊层及封底焊层是焊缝合金裸露在外界中的部分，本领域技术人员 至少可以通过改变盖面焊层焊道和封底焊层焊道的预期余高，进一步调整焊缝合金的耐腐 蚀性能，事实上，应力集中的盖面焊层和封底焊层会增加外界腐蚀介质对焊缝合金的腐蚀 速度，而较高的应力集中表现又会降低焊缝合金的力学性能，因此，较低的盖面焊层焊道和 封底焊层焊道的预期余高在效果上是有一定优势的。本发明由此将打底焊层的焊道余高控 制在0. 8mm-l. 3mm，将填充焊层、盖面焊层和封底焊层焊道余高均控制在lmm-1. 6mm。
[0016] 进一步调整各焊层焊道余高的实施方式体现在本发明的部分实施例中，在一些 实施例中，所述打底焊层焊道余高为0. 8mm-l. 0mm，所述填充、盖面和封底焊层焊道余高为 1.Omm-1. 5mm;在一些实施例中，所述打底焊层焊道余高为1.Omm-1. 2mm，所述填充、盖面和 封底焊层焊道余高为1. 2mm-l. 4mm。
[0017] 第二种控制母材及焊丝在焊缝合金形成过程中合金元素的烧损程度的方法是调 整焊道的厚度，较厚的焊道厚度，会增加焊道形成过程中的焊接热输入，从而加剧合金元素 的烧损。本发明将打底焊层焊道、封底焊层焊道及盖面焊道的厚度设定为3mm-6mm，填充焊 层焊道的厚度设定为4mm-7mm。
[0018] 另外